JP4189796B2

JP4189796B2 - 送り装置の継手

Info

Publication number: JP4189796B2
Application number: JP2002204017A
Authority: JP
Inventors: 正敏荒井
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP2004044710A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面粗さ測定機や真直度測定機等の精密測定機に用いられる送り装置の継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面粗さ測定機や真直度測定機等の精密測定機に用いられる精密送り装置では、触針の案内（移動）方向に対して垂直な一方向の変位を計測するため、その方向について非常に高い送り真直度と送りピッチング角度精度とが要求される。
【０００３】
このような精密送り装置として、送りねじやボールねじ等の送りねじを有する送り装置を適用した場合には、触針が設けられた移動キャリッジ（移動部材）に、送りねじに螺合された送りナットを直接固定するのが一般的である。しかし、送りねじの振れにより、送り真直度に送りねじの一回転毎の変動が生じる問題がある。高い真直度精度を要求する場合は、この影響を除去する必要があるため、送りナットをオルダム継手やワイヤーを介して移動キャリッジに連結し、オルダム継手やワイヤーによって、送りねじに起因する送りナットの振れを吸収していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オルダム継手を使用した場合には、送り方向に直交する全方向の振れを吸収できるが、振れによる摩擦力が発生するとともに、送り方向のバックラッシュが残るという問題があった。
【０００５】
また、ワイヤーによって案内方向に垂直な方向の振れによる力を小さくするためには、ワイヤー径を細くし、張力を下げる必要があるが、そうすると送り方向の剛性が下がるため、送りナットの推力が移動キャリッジに伝達しなくなるという問題があった。
【０００６】
更に、これらの継手では、水平、鉛直の平行移動成分の変位の他、傾斜成分の変位も吸収できるが、ピッチングやヨーイング等の回転誤差については、除去が十分ではない。意図的に柔構造とすれば、除去可能になるが、これによって、肝心な送り方向の剛性が確保できなくなるという問題があった。更に、オルダム継手で問題となる、運動による摩擦力を無くすために、静圧式空気軸受や磁気軸受等を用いることも考えられるが、送り剛性の低下と傾斜誤差伝達が避けられないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、送りねじに起因する、送りねじの垂直方向の変位及びピッチング、ヨーイングの誤差が、移動部材に伝達するのを防止するとともに送り方向の剛性が高い送り装置の継手を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、送りねじに螺合された送りナットと移動部材とを連結する送り装置の継手において、該継手は、前記送りナットを挟んで前記移動部材の移動方向両側に配置され、前記送りナットに一端部が連結されるとともに、他端部が中間部材に連結され、前記送りねじに対し垂直な方向の送りナットの振れのうち、一方向側の振れを弾性変形して吸収する第１の板ばね部材と、前記中間部材に一端部が連結されるとともに、他端部が前記移動部材に連結され、前記送りねじに対し垂直な方向の送りナットの振れのうち、前記一方向側に直交する他方向側の振れを弾性変形して吸収する第２の板ばね部材と、を有し、前記第２の板ばね部材が連結される前記中間部材の連結部は、前記送りナットに向けて突出されるとともに、前記第１の板ばね部材が連結される送りナット側の連結部と前記送りねじの軸線に直交する面に対し略同一面上に位置されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、その面が水平方向（一方向）と鉛直方向（他方向）とに向いた板ばね部材を、中間部材を介して移動部材に設けることにより、送り方向に垂直な方向への変位に対し、板ばね部材が弾性変形することにより、その変位を摩擦力無しで吸収し、移動部材に対する前記変位の伝達を遮断する。
【００１０】
また、板ばね部材を適用することにより、ワイヤー等の線材を使用した従来の継手と比較して送り方向の剛性が格段に向上するので、送り方向に垂直な振れやピッチング誤差が、移動部材に伝達するのを防止できる。
【００１１】
また、オルダム継手では、垂直方向に逃げるときに摩擦力が働き、変位伝達が残る。また、静圧式空気軸受や磁気軸受を用いた場合には、ピッチング方向の逃げや剛性が不足するが、この板ばね方式による継手は、これら相反する要求を満足できる。
【００１２】
板ばねは、引っ張り方向には、ヤング率で決まる引っ張り剛性が実現できるが、圧縮方向の力に対しては、座屈により、剛性が極端に低くなる特性を有する。
【００１３】
この剛性低下を避けるため、該継手を前記移動部材の移動方向両側に配置し、前記送りナットに両側から連結している。左側に送りナットが駆動されたとき、右側の継手部に引っ張り力が作用して、剛性が高い状態で、送りナットの移動変位が前記移動部材に伝達される。反対に右側に送りナットが駆動されたときには、同様に、左側の継手部に引っ張り力が作用して、剛性が高い状態で、送りナットの移動変位が前記移動部材に伝達される。
【００１４】
また、第１の板ばね部材及び第２の板ばね部材を夫々一対設け、これらの板ばね部材を送りねじを挟んで送りねじと平行に並設すれば、一方向側及び他方向側の両方向の振れを確実に吸収できる。また、これらの板ばね部材の面の延長線が送りねじの中心に向くように、これらの板ばね部材を配置することにより、送りナットのピッチングを吸収できる。
【００１５】
本発明によれば、前記第２の板ばね部材が連結される前記中間部材の連結部は、前記送りナットに向けて突出されるとともに、前記第１の板ばね部材が連結される送りナット側の連結部と前記送りねじの軸線に直交する面に対し略同一面上に位置されていることを特徴としている。
【００１６】
このように、第２の板ばね部材が連結される中間部材の連結部を、送りナット側に突出させた構造により、継手の等価実行長さを移動部材の長さより長くとることができるので、継手の横の変位、傾斜に対する吸収機能が向上する。また、第２の板ばね部材が連結される中間部材の連結部と、第１の板ばね部材が連結される送りナットの連結部とを、送りねじに直交する面に対し同一面上に位置させたので、送りナットのピッチングを吸収できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る送り装置の継手の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】
図１は、実施の形態の精密送り装置１００が適用された表面粗さ測定機１０２を示す斜視図である。この表面粗さ測定機１０２は、測定部ベース１０４上に設置された位置調整装置１０６によって測定対象物１０８が位置調整されて取り付けられる。また、測定部ベース１０４にはコラム１１０が立設され、このコラム１１０に、送り装置１００が内蔵された駆動装置１１２が上下（Ｚ軸方向）移動自在に設けられている。送り装置１００は送りねじ２、モータ１１６、及び不図示の送りナットが内設された移動側キャリッジ２５からなり、この移動側キャリッジ２５に、触針１１８が設けられた検出器１２０が連結されている。
【００１９】
このように構成された表面粗さ測定機１０２によれば、駆動装置１１２をコラム１１０に沿って下降移動させて触針１１８を測定対象物１０８に接触させる。この後、送り装置１００のモータ１１６を駆動して送りねじ２を回転させ、前記送りナットの推力により移動側キャリッジ２５を水平（Ｘ方向）に移動させることにより、触針１１８を測定対象物１０８の上面に沿って移動させ、これによって触針１１８が上下（Ｚ方向）に移動することにより、測定対象物１０８の粗さが検出器１２０によって測定される。
【００２０】
表面粗さ測定機１０２では、触針１１８が上下に移動して粗さを測定するために、移動側キャリッジ２５のＺ軸方向の真直度が高いことが要求される。このため、移動側キャリッジ２５に実施の形態の継手が内設されている。この継手については後述する。
【００２１】
図２は、実施の形態の送り装置１００が適用された真直度測定機１２２を示す斜視図であり、図３は送り装置１００の組立斜視図である。真直度測定機１２２は、Ｘ軸送りステージ固定案内面１に沿って位置調整テーブル１２４がＸ軸方向に移動自在に設けられ、この位置調整テーブル１２４に測定対象物１０８が位置調整されて取り付けられる。また、Ｘ軸送りステージ固定案内面１が形成されたガイド部材１Ｂにはコラム１２６が立設され、このコラム１２６に、Ｚ軸変位検出器１２８を介して触針１３０が設けられている。
【００２２】
このように構成された真直度測定機１２２によれば、触針１３０を測定対象物１０８に接触させた後、送り装置１００のモータ１１６を駆動して送りねじ２を回転させ、図３に示す送りナット３の推力により、位置調整テーブル１２４の下部に接続された移動側キャリッジ２５をＸ軸方向に移動させる。これにより、Ｚ軸変位検出器１２８によってＺ軸方向の変位が測定され、測定対象物１０８のＸ−Ｚ断面輪郭形状が得られる。
【００２３】
図４〜図９には、実施の形態の継手６０の構造図が示されている。
【００２４】
図２に示すように、Ｘ軸送りステージ固定案内面１が形成されたガイド１Ｂには、送りねじ２と継手部が移動できる逃げ溝（不図示）が形成され、図３の移動キャリッジ２５は、位置調整テーブル１２４及び不図示の軸受を介してＸ軸送りステージ固定案内面１（図２参照）に滑動自在に支持される。送りねじ２に螺合された、図４に示す送りナット３は、送りナットハウジング４に固定される。送りナットハウジング４を挟んで、送りナットハウジング４の右方向と左方向に、すなわち、送りナットの移動方向両側に４枚の水平帯板ばね（第１の板ばね部材）５、６、３５、３６が４枚の水平帯板ばね押さえ７、８、３７、３８によって固定される。水平帯板ばね５、６は、送りねじ２を挟んで送りねじ２と平行に配設され、また、水平帯板ばね３５、３６も同様に配設されている。
【００２５】
水平帯板ばね５、６、３５、３６は、各々表と裏が２枚の板ばね押さえ９、１０、１１、１２、３９、４０、４１、４２により、その中間部分が補強され、更にそれらは中間部材１５、３４に各々１枚の水平板ばね押さえ１３、１４、４３、４４によって固定される。
【００２６】
中間部材１５、３４には、更に鉛直帯板ばね（第２の板ばね部材）１７、１８、２６、２７が各々１枚の鉛直板ばね押さえ２３、２４、３２、３３によって固定される。鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７は、各々表と裏が２枚の板ばね押さえ１９、２０、２１、２２、２８、２９、３０、３１により、その中間部分が補強され、更にそれらは移動キャリッジ２５の両側に配置された側壁２５Ａ、２５Ｂに所定の張力をもって固定される。鉛直帯板ばね１７、１８は、送りねじ２を挟んで送りねじ２と平行に配設され、また、鉛直帯板ばね２６、２７も同様に配設されている。
【００２７】
このように構成された継手６０によれば、その面が水平方向に向いた水平帯板ばね５、６、３５、３６と、その面が鉛直方向に向いた鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７とを、中間部材１５、３４を介して移動側キャリッジ２５に所定の張力をもって設けることにより、送りに垂直な方向への変位に対し、水平帯板ばね５、６、３５、３６及び鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７が弾性変形することにより、その変位を摩擦力無しで吸収し、移動側キャリッジ２５に対する前記変位の伝達を遮断できる。また、水平帯板ばね５、６、３５、３６及び鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７を適用することによって、送り方向の剛性を格段に向上させることができるとともに、送りねじ２による送り方向に垂直な振れやピッチング誤差を吸収できる。
【００２８】
また、水平帯板ばね５、６、３５、３６と鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７とを、送りナット３を挟んで両側に夫々一対設け、これらの水平帯板ばね５、６、３５、３６及び鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７を送りねじ２を挟んで送りねじ２と平行に並設したので、送りねじ２に直交する方向の振れを確実に吸収できる。
【００２９】
更に、図７、図８に示すように、水平帯板ばね５、６、３５、３６及び鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７の各面の延長線５Ａ、６Ａ、３５Ａ、３６Ａ、１７Ａ、１８Ａ、２６Ａ、２７Ａが送りねじ２の中心２Ａに向くように、これらの水平帯板ばね５、６、３５、３６及び鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７を配置したので、送りナット２のピッチングを吸収できる。
【００３０】
ところで、実施の形態の継手６０は図４に示すように、鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７が連結される中間部材１５、３４の連結部６２、６４、６６、６８が送りナット３に向けて突出形成されている。また、これらの連結部６２、６４、６６、６８は、水平帯板ばね５、６、３５、３６が連結される送りナット３側の送りナットハウジング４の連結部７０、７２、７４、７６と送りねじ２に直交する、図５上二点鎖線で示す面７８に対し略同一面上に位置されている。
【００３１】
このように、鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７が連結される中間部材１５、３４の連結部６２、６４、６６、６８を、送りナット３側に突出させた構造によって、継手６０の等価実行長さを移動側キャリッジ２５の長さより長くとることができるので、継手６０の横の変位、傾斜に対する吸収機能が向上する。
【００３２】
また、連結部６２、６４、６６、６８と連結部７０、７２、７４、７６とを送りねじ２に直交する面７８に対し略同一面上に位置させたので、送りナット３のピッチングを吸収できる。
【００３３】
更に、水平帯板ばね５、６、３５、３６は、移動キャリッジ２５の摺動力重心と同一高さの面内に配置されているので、ピッチング変位を引き起こす偶力が低減されている。
【００３４】
また、左右の水平帯板ばね５、６、３５、３６の移動キャリッジ２５側の揺動中心を送り方向について略同一位置に配置することで、送りナット３にピッチング変化が生じても、それによって、移動キャリッジ２５にピッチング方向の偶力が働かないようになっている。
【００３５】
鉛直帯板ばね１７、１８、２６、２７は、駆動方向に垂直でＸ軸送りステージ固定案内面１に平行な方向への変位と傾き（ヨーイング）に対して逃げるので、この方向の力が案内面１に伝達するのを防止できる。
【００３６】
なお、実施の形態では、前述の如く、連結部６２、６４、６６、６８と連結部７０、７２、７４、７６とを送りねじ２に直交する面７８に対し略同一面上に位置させたが、これに限定されるものではない。すなわち、連結部６２、６４、６６、６８と連結部７０、７２、７４、７６とを水平方向にずらして形成しても、表面粗さ測定機１０２には測定精度上支障を与えない。すなわち、表面粗さ測定機１０２においては、送りナット３のＺ軸方向の変位が測定誤差に起因するため、前記ずらした構造を採用した場合でも、Ｚ軸方向の変位を摩擦力無しで十分に吸収する。よって、測定精度に支障を与えず、測定精度が向上する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る送り装置の継手によれば、その面が一方向側と他方向側とに向いた板ばね部材を、中間部材を介して移動部材に設けることにより、送りに垂直な方向への変位に対し、板ばね部材が弾性変形することにより、移動部材に対する前記変位の伝達を遮断できる。また、板ばね部材を適用することによって、送り方向の剛性が格段に向上するとともに、送りねじによる送り方向に垂直な振れやピッチング誤差を吸収できる。
【００３８】
また、本発明によれば、第２の板ばね部材が連結される中間部材の連結部を、送りナット側に突出させた構造によって、継手の等価実行長さを移動部材の長さより長くとることができるので、継手の横の変位、傾斜に対する吸収機能が向上する。また、第２の板ばね部材が連結される中間部材の連結部と、第１の板ばね部材が連結される送りナット側の連結部とを、送りねじに直交する面に対し同一面上に位置させたので、送りナットのピッチングを吸収できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の精密送り装置の継手が適用された表面粗さ測定機の斜視図
【図２】実施の形態の精密送り装置の継手が適用された真直度測定機の斜視図
【図３】図２に示した真直度測定機の精密送り装置の組立斜視図
【図４】実施の形態の精密送り装置の継手の組立斜視図
【図５】帯板ばねを除いた精密送り装置の継手の構造を示す斜視図
【図６】精密送り装置の継手の構造を示す平面図
【図７】図６の７−７線から見た継手の側面図
【図８】図６の８−８線から見た継手の側面図
【図９】図６に示した精密送り装置の継手の側面図
【符号の説明】
１…Ｘ軸送りステージ固定案内面、２…送りねじ、３…ナット、４…ナットハウジング、２５…移動側キャリッジ、５、６、３５、３６…水平帯板ばね、７、８、３７、３８…水平帯板ばね押さえ、９、１０、１１、１２、３９、４０、４１、４２…板ばね押さえ、１５、３４…中間部材、１３、１４、４３、４４…水平板ばね押さえ、１７、１８、２６、２７…鉛直帯板ばね、２３、２４、３２、３３…鉛直板ばね押さえ、１９、２０、２１、２２、２８、２９、３０、３１…板ばね押さえ、６０…継手、１００…送り装置、１０２…表面粗さ測定機、１２２…真直度測定機

Claims

送りねじに螺合された送りナットと移動部材とを連結する送り装置の継手において、
該継手は、前記送りナットを挟んで前記移動部材の移動方向両側に配置され、前記送りナットに一端部が連結されるとともに、他端部が中間部材に連結され、前記送りねじに対し垂直な方向の送りナットの振れのうち、一方向側の振れを弾性変形して吸収する第１の板ばね部材と、
前記中間部材に一端部が連結されるとともに、他端部が前記移動部材に連結され、前記送りねじに対し垂直な方向の送りナットの振れのうち、前記一方向側に直交する他方向側の振れを弾性変形して吸収する第２の板ばね部材と、を有し、
前記第２の板ばね部材が連結される前記中間部材の連結部は、前記送りナットに向けて突出されるとともに、前記第１の板ばね部材が連結される送りナット側の連結部と前記送りねじの軸線に直交する面に対し略同一面上に位置されていることを特徴とする送り装置の継手。